- Hvis du vil forstå mekanismene som forårsaker Alzheimers sykdom, senilitet og andre former for hukommelsessvikt, er det en stor fordel å forstå hvordan den normale hukommelsen virker. Ett av målene med vår forskning er at den på lang sikt skal kunne bidra til mer effektiv behandling av hukommelsessvikt, sier professor Edvard Moser.
International Centre for the Biology of Memory (ICBM)
Målsetting: Å etablere et internasjonalt ledende senter for studier av hukommelsens biologi. Forskningen skal kartlegge hvordan nervecellene i den normale hjernen samarbeider for å lage hukommelse.
Deltakere: Ansvarlig institusjon er Norges teknisk-naturvitenskapelige universitet (NTNU). Samarbeidspartnere er flere internasjonalt ledende hukommelsesforskere som vil knyttes til senteret i form av bistilling er.
Årlig bevilgning fra Forskningsrådet: 10 millioner kroner.
Sommeren 2002 var det hyggelig å være hukommelsesforsker i Trondheim. Onsdag 12. juni bestemte Norges forskningsråd at det skulle etableres et Senter for fremragende forskning innen hukommelsesbiologi ved Norges teknisk-naturvitenskapelige universitets (NTNU), nærmere bestemt på Medisinsk-teknisk forskningssenter. En drøy uke senere publiserte tidsskriftet Science en artikkel fra de samme forskerne, nesten som en bekreftelse på at SFF-utnevnelsen var velbegrunnet.
Science-artikkelen fortalte blant annet at forskerne ved NTNU-senterets Gruppe for nevrofag hadde oppdaget et nytt hukommelsessystem i hjernen.
- Det har lenge vært kjent at hippocampus, som er en eldre del av hjernebarken, har en sentral rolle i menneskers og dyrs minne. Informasjon fra den eksterne hjernebarken tar i hovedsak én av to ruter inn i hippocampus. Vår oppdagelse går ut på at de to rutene ivaretar forskjellige hukommelsesfunksjoner. Kun den ene er nødvendig for gjenkalling av minner, mens begge kan ivareta gjenkjennelse, forteller Moser.
Holder styr på hukommelsen
Hippocampus er en liten fold under hjernebarken, og har form som halen på en sjøhest - derav navnet. Den er helt avgjørende for menneskers og dyrs evne til å lagre sanseinntrykk i form av hukommelsesspor, og er derfor også sentral i den forskningen som skal foregå ved ICBM-senteret i Trondheim fremover.
- Hippocampus har forbindelser til nesten hele hjernebarken gjennom andre strukturer, og holder på sett og vis orden på forbindelsene mellom ulike deler av hukommelsen. Langtidshukommelsen vår ligger nemlig ikke på ett sted i hjernen, men er spredt utover: Hørselsinntrykkene er ett sted, lukteinntrykkene et annet sted, synsinntrykkene et tredje sted, og så videre. Den gjeldende teorien, som for all del ikke er bevist, går ut på at hippocampus binder sammen de ulike lagerstrukturene i en periode etter at noe er innlært. Dette er nødvendig fordi de direkte forbindelsene mellom de ulike områdene i hjernebarken er ganske dårlige, og sannsynligvis ikke gode nok til å lage et nettverk som kan holde fast et minne uten videre. Men det finnes en indirekte forbindelse gjennom hippocampus, forklarer Moser.
Minner blir varige
Hjernen blir sterkere når den brukes
Hjernen kan sammenliknes med en datamaskin som får mer lagrings- og prosessorkapasitet hvis den brukes mye. Informasjonen lagres i kontaktpunktene (synapsene) mellom nerveceller i hukommelsesområdene, og ved flittig bruk dannes det stadig flere synapser.
- Hjernen har mange fellestrekk med en datamaskin, blant annet ved at begge skal hente informasjon, lagre den i et nettverk, og hente den ut igjen senere. Den viktigste forskjellen ligger i at hjernen ikke er statisk, men forandrer seg hele tiden. Det er rett og slett slik at hjernen blir sterkere når den brukes. Dette kan vi måle rent fysisk ved at nervecellene i hjernen utvikler flere synapser, forteller Edvard Moser. - Jo mer informasjon du pøser inn i hjernen, desto flere synapser kan det bli dannet. Det blir ikke fullt!
Professor Moser kan blant annet vise til at rotter som lever i et miljø hvor de for eksempel får anledning til å klatre mye og gå på oppdagerferder, utvikler flere synapser og et rikere cellulært nettverk enn rotter som lever i enkle kasser uten særlig stimulering. - Det er god grunn til å tro at det samme gjelder mennesker. Det koker ned til at «hvis du vil beholde hjernen, må du bruke den»!
Etter en viss tid, kanskje opptil flere år, er minnene likevel blitt så permanente at det er tilstrekkelig med forbindelsene i hjernebarken. SFF-senteret skal undersøke hvordan dette går for seg ved å måle den elektriske aktiviteten i nerveceller først og fremst i hippocampus, men etter hvert også i de andre delene av hjernebarken.
- Og når vi kommer langt nok, skal vi undersøke hva som er forskjellen på de prosessene som skjer umiddelbart etter læring, og de som skjer etter lang tid når minnene er blitt uavhengige, tilføyer han.
Det hører med i bildet at hippocampus er en sårbar struktur.
- Det er nesten alltid hippocampus som ryker først ved en hjertestans, fordi den er svært sårbar for oksygenmangel. Mennesker med defekt hippocampus mister evnen til å huske nye erfaringer, men barndomsminnene blir ofte fortsatt liggende, forklarer Moser.
Men hvordan lagres egentlig hukommelsen i hjernebarken? Det finnes mange indirekte beviser for at lagringen skjer i synapsene, det vil si kontaktpunktene mellom de forskjellige nervecellene i hjernen.
- Der foregår det mange molekylære prosesser som er foranderlige, og vi vet blant annet at synapsene kan endre karakter og for eksempel bli mer eller mindre effektive til å sende signaler mellom cellene, forteller Moser.
"Medarbeidere ved ICBM-senteret: Fra venstre Mona Kolstø Otnæss, Robert Biegler, Edvard Moser (senterleder), Klaus Jenssen, Sturla Molden, Gry Therese Storsveen, Frode Tuvnes, May-Britt Moser og Kirsten Gjerstad Kjelstrup. (Foto: NTNU Info/Rune Petter Ness)"
Måle spenningsforandringer
Forskerne ved ICBM-senteret vil utvikle teknikker og målemetoder som kan forklare hvordan nerveceller i hippocampus og andre områder av hjernebarken samarbeider for å lage hukommelse. En viktig del av arbeidet går ut på å plassere mikroskopisk tynne elektroder inne i hippocampus hos rotter, for deretter å måle de spenningsforandringene som foregår under innlæring. For sikkerhets skyld: Landbruksdepartementets forsøksdyrutvalg var på pletten da laboratoriene ble innviet, og kom ikke med en eneste anmerkning. Isteden ble utvalget imponert over hvor godt dyrene ble behandlet.
- Vi er spesielt på jakt etter spenningsforandringer av den typen som kalles aksjonspotensialer (AP). AP-signalene er så sterke at de blir sendt videre til andre celler, i en prosess som minner om det som skjer i en datamaskin. Det finnes nemlig ikke halve aksjonspotensialer, isteden har de verdien 0 eller 1. Aksjonspotensialene overføres i ulike mønstre av aktivitet, og det er grunn til å tro at disse mønstrene er informasjonsbærende, sier Moser.
Annonse
Norske pionerer
Mønstrene gjenspeiler antakelig at hukommelsesspor ikke lagres i enkeltceller, men i cellenettverk. -Vi må bruke avansert matematikk og informasjonsbehandling for å finne og sammenlikne disse mønstrene, og det er en av grunnene til at vi trenger et internasjonalt nettverk av forskere. Dessuten er det en stor fordel å holde til i nærheten av de sterke matematikkmiljøene ved NTNU, forteller Moser.
Norge har i det hele tatt vært en foregangsnasjon innen hjerne- og hukommelsesforskning.
- Professor Per Andersen ved Universitetet i Oslo har lagt mye av grunnlaget for nevrofysiologien, og det var blant annet hans forskermiljø som oppdaget de fundamentale prinsippene om hvordan hippocampus fungerer. Vi må også nevne professor Terje Lømo, som gjorde en av de mest fundamentale oppdagelsene i hukommelsesbiologien allerede da han var student. Det var han som oppdaget at forbindelsene mellom nerveceller kan styrkes gjennom en prosess som kalles langtidspotensiering, forteller Moser.
